Einrichtung zur Abstiitzung und zum drehenden Antrieb von Werkstücken
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abstützung und zum drehenden Antrieb von Werkstücken mit einer ebenen Stirnfläche und einer Rotationsfläche als Basisflächen für die Abstützung zwecks mechanischer Bearbeitung des Werkstückes, mit einem Antrieb für einen Mitnehmer, mit Stützen für das Werkstück sowie Kraftgliedern, welche das Werkstück an die Stützen und an den Mitnehmer drücken. Insbesondere kann sich die Einrichtung zum spitzenlosen Schleifen von ring- oder scheibenförmigen Werkstücken, beispielsweise von Ringen für Präzisions- und hochgenaue Wälzlager, eignen.
Heutzutage verwendet man beim spitzenlosen Schleifen von Werkstücken der erwähnten Art verschiedene Einrichtungen zum Abstützen und drehenden Antrieb der Werkstücke.
Beispielsweise dienen bei den Einrichtungen nach dem USA-Patent Nr. 3 169 351, Klasse 51-103 und dem französischen Patent Nr. 1 364 074, Klasse B24b, feststehende ebene Axialstützen, die eine ebene Basisfläche des Werkstücks aufnehmen, und Radialstützen, von denen eine feststeht und die beiden anderen rotieren und als Reibscheibe gestaltet sind, als Elemente für die Stützung des Werkstücks. Die Reibscheiben drehen das Werkstück und drücken es auch an die feststehenden Axial- und Radialstützen an.
Bei Einrichtungen mit solchen Abstützmitteln ist die Genauigkeit der Bearbeitung infolge des Radialund Axiallauffehlers der Reibscheiben sowie ihrer ungleichmässigen Abnutzung begrenzt.
Die erwähnten Nachteile beeinträchtigen die Anwendbarkeit dieser bekannten Einrichtungen. Insbesondere sind sie zur Bearbeitung von Ringen für Präzisionsund Superpräzisions-Wälzlager nur beschränkt geeignet.
Bei anderen Einrichtungen dieser Art wird das Werkstück an zwei feststehenden Radialstützen und einer rotierenden Axialstütze. die gleichzeitig zum Antrieb des Werkstücks dient, abgestützt.
Hierbei kann das Werkstück durch Magnetfutter, Andrückrollen oder andere Mittel an die Axialstütze gepresst werden (s. z. B. BRD-Patent Nr. 968 296, Klasse 67a, 10 und USA-Patente Nr. 2758 427, Klasse 51-95 und Nr. 2799 977, Klasse 51-103).
Diese Abstützungsart weist aber neben Vorzügen den sehr wesentlichen Nachteil auf, dass die Lauffehler der rotierenden Axialstütze auf das zu bearbeitende Werkstück übertragen werden, wodurch die Genauigkeit der Bearbeitung sinkt. Deshalb muss bei einer derartigen Abstützung die Spindel, auf der die rotierende Axialstütze befestigt ist, in Präzisionslagern gelagert werden.
Beim Schleifen der Laufbahnen von Axiallagern mit einer Toleranz von 0,001 mm für die Parallelität zwischen der Laufbahn und der Stirnfläche des Laufringes, an der die Axialstützung erfolgt, darf der Axiallauffehler der Spindel höchstens 0,0005 mm betragen.
Eine solche Genauigkeit wird durch ein Massläppen des Spindelanlaufbundes und des Axiallagers für die Lagerung der Spindel im Spindelstock erreicht, also durch einen äusserst kostspieligen und zeitraubenden Arbeitsvorgang. Ausserdem verschleisst das Axiallager der Spindel nach längerem Betrieb, wodurch die Ge- nauigkeit der Bearbeitung wiederum gemindert wird.
Daraus folgt, dass die erwähnten Einrichtungen keine gleichbleibend genaue Bearbeitung gewährleisten.
Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Einrichtung der vorerwähnten Art geschaffen werden, die im Vergleich mit bekannten Einrichtungen eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit gewährleistet und sich sowohl zur Bearbeitung der Aussen- und Innenmantelflächen als auch der Stirnflächen der Werkstücke eignet. Ferner soll die Einrichtung einfach im Aufbau sowie zuverlässig im Betrieb sein.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen aus zwei feststehenden Radialstützen zur Abstützung der Rotationsfläclle sowie aus mindestens einer feststehenden Axialstütze für die Stützung der ebenen Stirnfläche bestehen, und dass der Mitnehmer in bezug auf die Stirnfläche selbsteinstellbar ausgebildet ist, wobei die Kraftglieder auf eine Kraft eingestellt sind, die kleiner ist als die Druck- kraft, die der Mitnehmer auf das Werkstück ausübt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Aus führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 und 2 eine Schleifmaschine, auf der eine erfindungsgemässe Einrichtung zur Abstützung und zum rotierenden Antrieb eines Werkstückes verwendet werden kann,
Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemässe Einrichtung
Fig. 4 die Ansicht der Einrichtung nach Fig. 3,
Fig. 5 eine Ausführungsform der Einrichtung mit einer einzigen, auiaigerichteten Auflage, die gegenüber dem Bearbeitungswe?zeug angeordnet ist,
Fig. 6 eine Einrichtung mit drei axialgerichteten Auflagen, die ausserhalb des Mitnehmers angeordnet sind,
Fig. 7 eine Einrichtung mit elastischem Kupplungsring,
Fig. 8 eine Einzelheit der Einrichtung gemäss Fig.
7 in vergrössertem Massstab und
Fig. 9 eine weitere Ausführung der erfindungsgemässen Einrichtung zur Abstützung eines Werkstücks beim Innenschleifen.
Eine Einrichtung der vorliegenden Art kann auf einer Schleifmaschine eingesetzt werden, die ein Bett l (Fig. 1 und 2) aufweist, auf dem ein Spindelstock 2 montiert ist. Auf diesem sitzt ein Motor 8 mit einem Riementrieb 3 zum Antrieb der Arbeitsspindel mit dem Werkstück 4. Ferner ist auf dem Bett 1 ein Schleifspindellagerbock 5 und ein Motor 11 montiert, der über einen Riementrieb 6 die Schleifspindel 13 mit der Schleifscheibe 7 antreibt.
Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Einrichtung besitzt zwei feststehende Radialstützen 14, deren Laufflächenprofil mit dem Profil der äusseren zylindrischen Mantelfläche 15 des Werkstückes 4 übereinstimmt, sowie drei feststehende achsparallele Axialstützen 16.
Die Axialstützen 16 sind auf einem Kreis angeordnet, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse des Werkstücks 4 liegt; ihre Laufflächen liegen in einer zur Werkstückdrehachse normalen Ebene, und sie stützen bei einer Bearbeitung das Werkstück 4 an seiner Stirnfläche 17 ab. Die Breite der Axialstützen 16 in Radialrichtung ist kleiner als jene der Stirnfläche 17, und sie berühren daher die Stirnfläche 17 nur in einem schmalen Bereich. An einem weiteren Teil der Stirnfläche 17 greift ein Mitnehmer 18 zum Antrieb des Werkstücks an.
Die Teile der Stirnfläche 17, an denen die Axialstützen und der Mitnehmer angreifen, sind konzentrische Ringzonen. Der Mitnehmer 18 ist in bezug auf die Stirnfläche 17 des Werkstücks 4 frei einstellbar.
Die Einrichtung ist ausserdem mit in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftgliedern zum Andrücken der Stirnfläche 17 des Werkstücks 4 an die Axialstützen 16 und an den Mitnehmer 1S ausgestattet. Zum Andrücken der zylindrischen Mantelfläche 15 des Werkstücks 4 an die Radialstützen 14 kann z. B. ein Dauermagnet 19 benutzt werden.
Die Stirnseite des Mitnehmers 18 wird mit einer Kraft an das Werkstück gepresst, die grösser ist als die Kraft, mit der das Werkstück an die Axialstützen 16 gedrückt wird.
Das Anpressen des Werkstückes an die Radialstützen 14 kann ausser mit dem erwähnten Magneten 19 auch durch eine exzentrische Anordnung des Werkstücks in bezug auf die Spindelstockachse bewirkt werden.
Das Werkstück wird durch die Reibungskraft zwischen der Stirnfläche 17 des Werkstücks 4 und der Stirnfläche des rotierenden Mitnehmers 18 in Drehung versetzt.
Die in Fig. 5 dargesellte Ausführungsform der Einrichtung ist zur Bearbeitung von Wcrkstückstirn- flächen, z. B. der Laufbahnen von Axialwälzlagerringen, bestimmt.
Bei dieser Ausführungsform stützt sich das Werkstück 4 mit seiner Mantelfläche 15 an zwei feststehenden Radialstützen 20 ab, und mit seiner Stirnfläche 17 wird es an eine feststehende Axialstütze 21 angedrückt, die im Ende einer im Maschinenbett gelagerten Achse 22 befestigt ist. Die zu bearbeitende Stirnfläche 23 des Werkstückes 4 liegt auf der der Axialstütze abgewandten Seite.
Der Werkstückantrieb erfolgt über eine im Spindelstock 24 gelagert hohle Spindel 25, an deren hinterem Ende eine Riemenscheibe 26 befestigt ist, die das Drehmoment vom Motor auf die Spindel überträgt. Am vorderen Ende der Spindel 25 ist ein verschiebbarer Teil 27 eines Magnetfutters angeordnet, der mittels Schrauben 28 starr mit einem magnetischen Mitnehmer 29 verbunden ist.
Das Drehmoment wird von der Spindel 25 auf den verschiebbaren Teil 27 des Maonetfutters durch Elemente übertragen die Axialverschiebungen des beweglichen Teils 27 in bezug auf die Spindel 25 zulassen, z. B. durch eine Feder 30.
Der Mitnehmer 29 und der verschiebbare Teil 27 des Magnetfutters sind zwei ringförmige Teile, die durch eine nichtmagnetische Einlage voneinander getrennt sind. Der feststehende Teil 31 des Magnetfutters, der im Spindelstock 24 befestigt ist, ist vom verschiebbaren Teil 27 durch einen Luftspalt getrennt.
Ein Andrücken des Werkstücks 4 an die Radialstützen 20 ist durch eine Versetzung der Achse des Werkstückes 4 in bezug auf die Drehachse des Mitnehmers 29 in Richtung zu den Radialstützen gewährleistet.
Die krafterzeugenden Glieder zum Andrücken des Werkstückes 4 an die Axialstütze 21 sind als Druckfedern 32 ausgeführt die parallel zur Achse der Spindel 25 zwischen dem verschiebbarn Teil 27 des Magnetfutters und einem auf der Spindel 25 befestigten Ring 33 angeordnet sind. Die Spannung der Federn 32 kann durch eine Schraube 34 die im verschiebbaren Teil 27 des Magnetfutters angeordnet ist und auf einer Stirnfläche der Spindel 25 aufliegt. verstellt werden. In der Ausgangsstellung, bei der das Futter abgeschaltet ist, springen die Teile 27 und l9 zurück, so dass die Axialstütze 21 um 0.08 bis 0,12 mm über die Stirnfläche des Mitnehmers 29 hinausragt. Dieser Vorsprung kann durch die Einstellschraube 34 eingestellt werden.
Das Werkstück 4 wird so auf Radialstützen 20 gesetzt, dass es mit seiner Stirnfläche 17 an der Axial stütze 21 anliegt. Dabei verbleibt zwischen der Stirnfläche 17 des Werkstückes 4 und jener des Mitnehmers 29 ein Spalt.
Beim Einschalten der Kupplung 31 schliessen sich die magnetischen Kraftlinien, indem sie durch den verschiebbaren Teil 27 des Magnetfutters und durch das Werkstück 4 laufen. Durch die Wirkung der magneü schen Anziehungskräfte wird der verschiebbare Teil 27 gemeinsam mit dem Mitnehmer 29 angedrückt.
Bei einer Rotation der Spindel 25 wird das Drehmoment von derselben durch die Feder 30 auf den verschiebbaren Teil 27 des Magnetfutters mit dem Mitnehmer 29 und weiter auf das Werkstück 4 übertragen.
Der Abstand zwischen der starren Axialstütze 21 und dem Schneidwerkzeug 7 ist vom Axiallauffehler der Spindel 25 und vom Stirnlauffehler des Magnetfutters nicht abhängig, wodurch die Parallelität der zu bearbeitenden Fläche 23 zur Ausgangsstirnfläche 17 gewährleistet ist.
Der Stirnlauffehler des Mitnehmers 29 wird durch die von den Federn 32 und von der Axialstütze 21 bewirkte oszillierende Bewegung des verschiebbaren Magnetfutterteils 27 ausgeglichen.
Der Axiallauffehler der Spindel 25 kann das Werkstück 4 von der Axialstütze 21 nicht entfernen, da die Spindel in Axialrichtung keine starre Verbindung mit dem Mitnehmer 29 aufweist.
Eine andere Ausführungsform der Einrichtung, die zur Bearbeitung der Stirn- und Innenflächen von Werkstücken bestimmt ist, zeigt die Fig. 6. Bei dieser sind drei Axialstützen 35 vorgesehen, von denen eines bei Bearbeitung der Stirnfläche des Werkstücks 4 gegenüber dem Werkzeug angeordnet wird. Im Unterschied zur Ausführung nach Fig. 3 liegen die feststehenden Axialstützen 35 an der Aussenzone der Ausgangsstirnfläche des Werkstückes 4 an, der Mitnehmer 36 aber mit dem Innenteil dieser Bezugsstirnfläche. Deshalb kann hier die Spindel 37 im Gegensatz zur Ausführung nach Fig. 5 nur als Vollwelle ausgebildet werden. Der Mitnehmer 36 ist gelenkig mit dem verschiebbaren Teil des Magnetfutters verbunden.
Als Gelenk dient eine Kugel 38, die zwischen dem Mitnehmer 36 und einer Pfanne 39 liegt, die durch die Schrauben 41 starr mit dem verschiebbaren Magnetfutterteil 40 verbunden ist. Bei dieser Ausführung ist die Einstellschraube 42 in der Pfanne 39 angeordnet und stützt sich bei abgeschaltetem Magnetfutter an der Stirnfläche der Spindel 37 ab.
Durch die gelenkige Lagerung des Mitnehmers 36 auf der Kugel 38 ist eine Selbsteinstellung des Mitnehmers bezüglich der Ausgangsstirnfläche 17 des Werkstückes 4 gewährleistet, dessen Lage durch die drei Axialstützen 35 und durch die zwei Radialstützen eindeutig festgelegt ist.
Eine weitere, in den Fig. 7 und 8 dargestellte Ausführungsform der Einrichtung ist für eine Abstützung des Werkstückes in seiner Bohrung bestimmt zwecks Bearbeitung seiner Stirnfläche und seiner Aussenmantelfläche.
Eine Büchse 44 mit zwei Radialstützen 45 und eine Pfanne 46 mit drei Axialstützen 47 sind an der Achse 48 befestigt, die mit dem Maschinenbett verbunden ist. Bei dieser Ausführung übernimmt die Aufgabe der Spindel der verschiebbare Magnetfutterteil 49, der in Lagern 50 auf einer aus unmagnetischem Werkstoff gefertigten Büchse 51 sitzt, die starr mit der Achse 48 verbunden ist.
Der verschiebbare Magnetfutterteil 49 wird von einem Elektromotor über einen Riemen 52 angetrieben.
Bei dieser Ausführung wird das Magnetfutter nicht nur zum Andrücken des Werkstücks 4 an den Mitnehmer 53, sondern auch zum Anpressen desselben an die Axialstützen 47 und die Radialstützen 45 benutzt. Dieses wird erreicht, indem ein Teil dií des beim Einschalten der Kupplung 54 entstehenden Magnetstromes 0 nach dem Passieren des Werkstücks 4 über die Pfanne 46 und die Axialstützen 47 geschlossen wird, wobei eine Kraft zum Andrücken des Werkstücks an die Axialstützen erzeugt wird, der Restteil 0s2 des Magnetflusses 0 aber über die Büchse 44 und die Radialstützen 45 geschlossen wird. Durch diesen Anteil Q des Magnetflusses wird das Werkstück 4 an die Radialstützen 45 gedrückt.
Das Andrücken des Mitnehmers 53 an das Werkstück 4 erfolgt durch den gesamten Magnetfluss 0 = 0í + 02- Damit die Druckkraft des Mitnehmers 53 auf das Werkstück 4 infolge des Luftspaltes zwischen dem Teil 49 und dem Mitnehmer nicht abgeschwächt wird, ist es erforderlich, dass die Fläche 55 etwa 10- bis 15mal so gross ist wie die Fläche der Vorderstirnseite 56 des Mitnehmers 53.
Bei der vorliegenden Ausführung ist auch die Einhaltung des richtigen Verhältnisses zwischen der Stirnfläche des Mitnehmers 53 und der Summe der Flächen 55 und 56 von besonderer Bedeutung. Durch Berechnungen und praktische Erfahrung wurde festgestellt, dass die Summe der letztgenannten Flächen etwa 3mal so gross wie die Fläche der Vorderstirnseite des Mitnehmers 53 sein muss.
Der Mitnehmer 53 kann sich selbst auf die Stirnseite des Werkstücks 4 einstellen, da er mit dem verschiebbaren Magnetfutterteil 49 nicht starr, sondern durch einen elastischen Kupplungsring 57 verbunden ist, der eine nur begrenzte axiale Verschiebung des Mitnehmers 53 sowie auch nur begrenzte Winkelabweichungen durch Schwenken um die Achse, die durch die Drehachse des Mitnehmers läuft, zulässt.
Eine weitere, in Fig. 9 dargestellte Ausführung der erfindungsgemässen Einrichtung ist hauptsächlich zum Innenschleifen von Werkstücken bestimmt, insbesondere zum Schleifen der Laufbahn von Kugellageraussenringen, wobei die Abstützung durch an der Aussenmantelfläche angeordnete Radialstützen 58 erfolgt.
Diese Einrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 5 dargestellten Ausführung unter anderem noch dadurch, dass das zu bearbeitende Werkstück 59 durch Axialstützen 60, die am äusseren Bereich der Stirnfläche 61 anliegen, wie bei der in Fig. 4 gezeigten Einrichtung, abgestützt wird.
Der verschiebbare Magnetfutterteil 62, der wie bei der Ausführung nach den Fig. 7 und 8 auch die Funktion der Spindel ausübt, läuft in Lagern 63 im Spindelstock und wird durch einen Riemen 64 über eine am hinteren Ende des Spindelstocks befestigte Riemenscheibe 65 angetrieben.
Vom verschiebbaren Magnetfutterteil 62 aus wird der Mitnehmer 66 über zwei Membranen 67 angetrieben, die ein Selbsteinstellen des Mitnehmers 66 auf der Stirnfläche des Werkstücks 59 gewährleisten. Wenn auch bei den hier beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung jeweils ein Lagerring als zu bearbeitendes Werkstück angenommen wurde, kann die Einrichtung auch zur hochgenauen Bearbeitung anderer Werkstücke benutzt werden, die eine ebene Stirnfläche und eine Rotationsfläche als Basisflächen für die Abstützung als Bezugsflächen aufweisen.
Die Auswahl einer konkreten Ausführungsform der Einrichtung wird vor allem durch die Gestalt des zu bearbeitenden Werkstücks und die Bearbeitungsart bestimmt.